KR100665566B1 - 광섬유 고리형 거울을 가진 간섭계형 파장변환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광신호의 파장을 변환시키거나 왜곡된 신호를 완전 광학적으로 재생하는 간섭계형 파장변환기를 개시한다.

본 발명은 간섭계형 파장변환기 앞쪽에 광섬유 고리형 거울과 광 서큘레이터가 마련되어 입력파워에 따른 출력 광신호의 변화를 감소시킨 것이다.

본 발명에 따르면, 파장변환기의 변환 효율을 높이고, 파장변환기에 입력되는 신호광의 파장 변환범위(dynamic range)를 증가시켜 파장 변환기의 현장 적용 가능성을 높일 수 있다.

Description

광섬유 고리형 거울을 가진 간섭계형 파장변환기{INTERFEROMETRIC WAVELENGTH CONVERT WITH FIBER OPTICAL LOOP MIRROR}

도 1은 종래의 간섭계형 파장 변환기의 구성도,

도 2는 종래의 간섭계형 파장 변환기에서 파장 변환된 출력 광신호 세기의 입력 광신호 세기 변화에 대한 의존성을 나타낸 그래프,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 고리형 거울(루프 미러)을 가진 간섭계형 파장 변환기의 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 고리형 거울을 가진 간섭계형 파장변환기의 입력광신호의 세기와 루프의 길이에 따른 투과특성을 보여주는 도면,

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 고리형 거울을 가진 간섭계형 파장 변환기의 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 ; 입력 신호광 2 ; 광결합기

3,4,5 ; 광섬유 6 ; 간섭계형 파장변환기

7,8 ; 반도체 광증폭기(SOA) 14,15 ; c,d 포트로 출력된 광신호

9 ; 광 서큘레이터 10 ; 펌프 연속광원(CW)

11 ; 광 필터 12 ; 파장 변환된 출력 광신호

13 ; 광섬유 고리형 거울(루프 미러)

본 발명은 파장변환을 이용하여 광통신 네트웍 또는 광신호 재생에 사용될 수 있는 간섭계형 파장 변환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 간섭계형 파장변환기 전단에 광섬유 고리형 거울을 두어 파장변환기의 입력신호 세기를 일정하게 유지하여 파장 변환된 신호의 소광비와 활동범위를 증가시킬 수 있는 광섬유 고리형 거울을 가진 간섭계형 파장변환기에 관한 것이다.

파장 분할 다중화(WDM) 통신망의 용량을 늘리고 노드 수를 늘리는 것과 같은 유사한 효과를 얻을 수 있는 기술이 파장변환을 바탕으로 하는 파장 재사용 기술이다. 위상변조기로 반도체 증폭기(SOA)를 사용하여 파장변환기를 구현한 예로 마하-젠더 간섭계형, 마이켈슨 간섭계형이 있다.

마이켈슨 간섭계형 파장변환기는 간섭계의 양쪽 팔에 반도체 광증폭기를 둔 형태로 위쪽 팔에 위치한 반도체 증폭기로 입력되는 신호광의 세기에 따라 간섭계 출력신호가 변조된다. 즉, 입력 신호광의 정보가 또 다른 펌프 연속광원(CW) 입력광으로 복사된다. 이러한 구조의 파장 변환기에서 입력신호의 세기에 따른 출력신호의 세기(전달함수) 곡선은 도 2에 도시된 바와 같이, 입력신호 세기가 특정한 점을 중심으로 약간 변함에 따라 출력 광세기의 변화가 매우 커지는 점이 있음을 알 수 있다. 출력 광신호의 변화는 파장 변환된 신호의 소광비(노리적인 "1" 펄스 내의 평균적인 광세기와 논리적인 "0" 펄스 내의 평균적인 광세기의 비)와 파장변환이 가능한 입력 신호광 세기의 파장 변환범위(dynamic range)를 저하시킨다.

이러한 문제점을 해결하고자 기존에 제안된 방법이 S.L. Danielsen 등이 1998년 IEEE Photonics Tehchnology Letters, vol. 10, no 1에 발표한 "All Optical Wavelength Conversion Schemes for Increased Power Dynamics Range" 라는 제목으로 공개되어 있다. 이에 따르면, 입력 광신호의 세기를 감지한 후 간섭계형 파장변환기의 한쪽 팔에 위치한 SOA 구동전류의 양을 변화시키는 방법, 간섭계형 파장변환기의 전단에 포화된 어븀(Er) 첨가 광증폭기(EDFA)를 두어 파장변환기에 입력되는 신호광의 세기를 일정하게 유지하는 방법 및 파장변환기 전단에 SOA를 두고 입력 광신호의 세기를 감지한 후 SOA 구동전류의 양을 조절하는 방법이 있다.

첫 번째와 세 번째 방법은 입력 신호광의 세기를 감지하고 구동전류의 양을 조절하기 위해 추가적으로 광감지기(photodetector)와 같은 고가의 광소자와 전자회로가 필요하며, 두 번째 방법은 EDFA의 이득회복시간(약 1ms)이 매우 느리므로 입력 광신호 세기의 변화가 빠른 경우에 적합하지 않은 단점이 있었다.

따라서 본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 단순히 광섬유 고리형 거울을 간섭계형 파장변환기의 전단에 두어 파장변화기에 입력되는 신호광 세기의 변화를 줄여 파장변환기의 변환효율을 높이고, 파장변환기에 입력되는 신호광 세기의 변환범위(dynamic range)를 증가시킬 수 있는 광섬유 고리형 거울을 가진 간섭계형 파장변환기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 기존 방법에 비해 경제적이면서 입력 광신호 세기 변화 정도에 무관하게 간섭계형 출력 광신호의 안정화를 구현할 수 있는 광섬유 고리형 거 울을 가진 간섭계형 파장변환기를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 광신호의 파장을 변환시키거나 왜곡된 신호를 완전 광학적으로 재생하는 간섭계형 파장변환기에 있어서, 간섭계형 파장변환기 앞쪽에 광섬유 고리형 거울과 광 서큘레이터가 마련되어 입력파워에 따른 출력 광신호의 변화를 감소시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명은 간섭계 형태의 파장 변환기를 사용하여 하나의 파장에 변조되어 있는 정보를 다른 광신호에 복사하거나 이를 이용하여 광신호를 재생하는 것이다. 도 3 및 도 4에서 간섭계형 파장변환기는 마이켈슨 형태나 마하-젠더 형태를 가질 수 있으며, 한쪽 팔에 광신호의 위상을 변조시킬 수 있는 반도체 광증폭기와 같은 광소자를 두면 간섭계를 통과한 출력은 두팔의 위상차가 180도이면 상쇄간섭을 0도이면 보강간섭을 일으킨다. 위상변조 가능한 소자를 강도 변조된 신호광으로 구동시키면 위상변조소자의 위상이 변하고 이는 간섭계에 입력된 또 다른 광신호의 위상을 변화시키므로 간섭계의 출력은 입력 데이터를 그대로 복사하게 된다. 이러한 간섭계형 파장변환기 앞쪽에 있는 광섬유 고리형 거울(루프 미러)은 입력 광신호의 세기변화를 흡수하는 일종의 완충막 역할을 하여 간섭계형 파장변환기에 입력되는 신호광의 세기 변화를 안정화시켜 파장 변환된 광신호의 세기를 일정하게 유지한다.

한편, 본 발명에서 중심기능을 하는 광섬유 고리형 거울(13)은 한 개의 2×2 광 결합기(2)(입력 광신호의 세기를 α : (1-α)로 나누어주는 광 소자)와 한 가닥의 광섬유로 구성되며 두 출력포트(c, d)와 광섬유(3)를 연결하여 고리형으로 만든 구조를 갖는다.

본 발명에 따른 광섬유 고리형 거울은 수 km의 광섬유와 2×2 광 결합기만으로 구성되며, 신호광이 직접 파장변환기에 입력되지 않고 광섬유 고리형 거울을 통과한 후 파장 변환기에 입력되므로 입력 광신호 세기 변화 정도에 무관하게 간섭계형 광신호의 안정화를 구현할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 광섬유 고리형 거울을 가진 간섭계형 파장변환기의 실시예와 기존의 간섭계형 파장변환기의 작용을 서로 비교하여 설명한다.

도 3에 따르면, 강도 변조된 입력 신호광(1)은 2×2 결합기(2) 한쪽 포트(a)로 들어간 후 광섬유로 구성된 루프(3)를 통과한 후 2×2 결합기(2)의 또 다른 포트(b)로 나와서 마이켈슨 간섭계형 파장 변환기의 한쪽 팔에 위치한 SOA(7)로 입력된다. 동시에 입력 신호광과 다른 파장을 가진 펌프 연속광원(10)에서 나온 신호가 광 서큘레이터(9)를 통해서 간섭계의 두 팔에 있는 SOA(7,8)에 입력되면 입력 신호광의 데이터가 왜곡되지 않은 깨끗한 펌프 광신호로 복사되어 다시 광 서큘레이터(9)와 광 필터(11)를 통과하면서 파장 변환된 신호만 남는다.

마이켈슨 간섭계형 파장변환기를 사용하는 파장변환 방법은 이미 잘 알려져 있으므로[ B. Mikkelsen,et at, "Polarization insensitivity wavelength conversion of 100bi1/s signals with SOAs in a Michelson interferometer", Electronics Letters , vol.30, no.3, pp.260, 1994 :참고문헌 2 ] 간단히 그 원리를 설명하면 다음과 같다.

도 1에 나타난 파장변환기 구조에 있어서 양쪽 팔에 있는 SOA 대신에 거울이 있는 구조는 마이켈슨 간섭계로서 두 팔의 길이를 변화시켜 진행하는 광신호에 간섭현상을 일으키는 구조로 그 원리가 이미 잘 알려져 있다. 통상 SOA의 단면은 완전반사체로 되어있으나, 위쪽 SOA(7)는 입력 신호광이 입력되는 면의 반사율을 약 40%가 되도록 하여 신호 입력이 가능하게 하고 아래쪽 SOA(8)는 위쪽 팔과 광 파워 균형을 맞추기 위해 광신호 증폭용으로 사용한다. 강도 변조된, 즉 "1"과 "0"으로 변조된 신호광(1)이 위쪽 SOA로 입력되면 SOA의 굴절률이 변하고 굴절률의 변화는 광 서큘레이터(9)를 통해서 SOA의 다른 쪽으로 입력된 펌프 연속 광신호(10)의 위상을 변조시킨다 한편 아래쪽 SOA(8)로 들어간 펌프 연속 광신호(10)는 아무런 위상차를 겪지 않으므로 간섭계의 출력 포트 부분에서 간섭계의 양쪽 팔에서 나오는 두 펌프 연속 광신호 사이에 상대적인 위상차로 인한 강도 변조가 발생하여 신호광의 데이터가 펌프 연속광으로 복사된다. 이러한 기존의 간섭계형 파장변환기는 도 2에 도시된 것처럼 입력 신호광의 변화에 따라(그림에서 K점 주위) 파장 변환된 출력 광신호의 변화가 매우 큼을 알 수 있다.

한편, 본 발명에서 중심기능을 하는 광섬유 고리형 거울(13)의 동작특성을 도 3을 참조하면서 살펴보면 다음과 같다.

광 결합기의 결합율(α)이 1/2 이면 광섬유 고리형 거울의 입력 포트로 들어간 신호는 반드시 입력 포트로 나오는 거울과 같은 역할을 수행한다. 그 원리를 살펴보면 결합율이 1/2인 경우 광신호가 고리형 거울(13)의 한쪽 포트(a)로 입력되면 입력 광신호의 세기가 각각 50:50으로 나누어져 2×2 광 결합기(2)의 반대편 포트(c, d)로 출력된다(14,15). 이때 두 출력 광신호(14,15)는 90°의 위상차를 겪고, 고리형 거울을 따라 진행한 후 각각 출력된 포트의 반대편 포트로 입력된다(14는 d 포트, 15는 c 포트). 2×2 광 결합기의 c 포트로 입력된 광 신호는 광 결합기(2)를 통과한 후 90°의 위상차를 갖고 a, b 포트로 출력된다. d 포트로 입력된 광신호도 광 신호 세기가 반으로 나누어지고, 또한 180의 위상차를 갖고 a, b포트로 출력된다. 따라서, 이들 사이의 총 위상관계를 고려하면 고리형 거울의 한쪽 포트로 입력된 광신호는 입력된 포트로 다시 출력된다.

광결합기의 결합율(α)이 특정값으로 설정될 경우, 입력 광신호의 세기와 고리형 거울을 구성하는 루프의 길이에 따라 전달특성(투과특성)이 도 4와 같이 변한다. 예를 들면, 결합율이 0.1 인 경우 입력 광신호의 세기와 고리형 광섬유 거울의 루프길이를 조절하여 고리형 거울의 투과특성을 L점에 위치시키면, 광 결합기(2)의 입력포트 a로 들어간 광신호는 b번 포트로 반사되어 나온다. 고리형 거울(13)에서 나온 광 신호는 간섭계형 파장변환기(6)의 한쪽 팔에 있는 SOA(7)에 입력된다. 또한 참고문헌 [N.J.Doran, "nonlinear-optical loop mirror", Optics Letters , vol. 13, no. 1, pp. 56, 1988 ]에 언급된 바와 같이 루프 거울의 전달특성이 L점에 위치한 경우 입력 광신호 세기가 10% 변할 때 출력 광신호의 세기 변화는 단지 0.6%에 지나지 않으므로 고리형 광섬유 거울은 간섭계형 파장 변환기의 입력신호 변화에 따른 변환된 출력 광신호 세기의 변화를 감소시키는 역할을 할 수 있다.

도 5는 고리형 거울을 간섭계형 파장변환기의 입력 광신호의 변화를 감소시킬 수 있도록 사용할 수 있는 또 다른 구조도 이다 광 서큘레이터(9)의 f 포트로 입력된 입력 신호광(1)은 광 서큘레이터(9)의 순환적인 특성으로 인해 g 포트로 나온 후 고리형 거울을 구성하는 광 결합기(2)의 a 포트로 입력된다. 광 결합기의 결합율(α)이 1/2인 경우, 즉 50:50 광 결합기를 사용하는 경우 고리형 거울의 전달특성은 도 4 의 특성곡선상의 M점에 위치한다. M점에서는 투과 특성이 없으므로 광 결합기(2)의 a 포트로 입력된 광신호는 다시 a포트로 출력된다. 또한 M점에서 특성곡선의 비선형성으로 인해 이러한 점에서는 입력 광신호 세기의 변화에 따른 출력 광신호의 변화가 작으므로 간섭계형 파장변환기에 입력되는 신호의 변화를 감소시키는 기능을 수행할 수 있다. 고리형 거울에서 나온 광신호는 광 서큘레이터(9)의 g 번 포트로 입력된 후 광 서큘레이터(9)의 h 번 포트로 출력된다. 출력된 광신호는 간섭계형 파장변환기(6)의 한쪽 팔에 있는 SOA에 입력된다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 단순히 광섬유 고리형 거울을 간섭계형 파장변환기의 전단에 두어 파장변환기에 입력되는 신호광의 광 세기 변화를 줄여 파장변환기의 변환 효율을 높이고, 파장변환기에 입력되는 신호광의 파장 변환범위(dynamic range)를 증가시켜 파장 변환기의 현장 적용 가능성을 높일 수 있다.

Claims (4)

1. 광신호의 파장을 변환시키거나 왜곡된 신호를 완전 광학적으로 재생하는 간섭계형 파장변환기에 있어서,

   상기 간섭계형 파장변환기의 신호입력단 측에는, 외부로부터의 입력신호광을 설정된 결합율에 따라 분기 출력하고 출력 후 위상차 변화를 겪은 광신호를 다시 입력받아 분기 출력하는 광결합기와, 그 광결합기와 전기적으로 접속되며, 광결합기로부터 출력된 광이 위상차 변화를 겪도록 하나의 루프를 형성하는 광섬유를 구비하는 광섬유 고리형 거울이 전기적으로 접속되어 입력파워에 따른 출력 광신호의 변화를 감소시킨 광섬유 고리형 거울을 가진 간섭계형 파장변환기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 광섬유 고리형 거울은 한 개의 2×2 광 결합기와 한 가닥의 광섬유로 구성되며, 두 출력포트(c, d)와 광섬유를 연결하여 고리형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 고리형 거울을 가진 간섭계형 파장변환기.
3. 광신호의 파장을 변환시키거나 왜곡된 신호를 완전 광학적으로 재생하는 간섭계형 파장변환기에 있어서,

   상기 간섭계형 파장변환기의 신호입력단 측에는, 입사광의 파장이나 위상에 따라 입사경로와 동일한 직선 경로 혹은 입사경로에 대해 직각 방향의 경로로 광을 출력하는 광 서큘레이터와, 그 광 서큘레이터로부터의 출력광을 입력받아 설정된 결합율에 따라 분기 출력하고 출력 후 위상차 변화를 겪은 광신호를 다시 입력받아 분기 출력하는 광결합기와, 그 광결합기와 전기적으로 접속되며, 광결합기로부터 출력된 광이 위상차 변화를 겪도록 하나의 루프를 형성하는 광섬유를 구비하는 광섬유 고리형 거울이 전기적으로 접속되어 입력파워에 따른 출력 광신호의 변화를 감소시킨 광섬유 고리형 거울을 가진 간섭계형 파장변환기.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 광섬유 고리형 거울의 광결합기는 상기 간섭계형 파장 변환기의 한 쪽 팔에 있는 SOA에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 광섬유 고리형 거울을 가진 간섭계형 파장변환기.

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